CN101072964A - 隔膜阀 - Google Patents

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Abstract

作出本发明是为了即使在控制高压流体的供应时也防止应力集中在阀元件体和隔膜的膜部分之间的边界上或在其周围，从而改进隔膜的耐用性。本发明的隔膜阀(1)包括隔膜阀元件(20)，该隔膜阀元件包括：阀元件体(21)，它可运动成与阀座(13)接触；膜部分(22)，它从阀元件体(21)向外延伸；以及固定部分(23)，它形成在膜部分(22)的外周边缘处。膜部分(22)包括与阀元件体(21)相连续的垂直形成的垂直部分(22a)、与固定部分(23)相连续的水平形成的水平部分(22c)、以及截面呈(向上突出形状的)圆弧形的连接垂直部分(22a)和水平部分(22c)的连接部分(22b)，从而将垂直部分(22a)保持为一直与支承件(40)的外表面接触。

Description

隔膜阀
技术领域
本发明涉及一种用于通过使隔膜与阀座接触或脱离接触而控制流体供应的隔膜阀。更加具体地，本发明涉及一种包括具有改进耐用性的隔膜的隔膜阀，特别地，涉及一种适用于控制高压流体的供应的隔膜阀。
背景技术
迄今为止，用来控制供半导体制造设备用的化学液体的化学液体阀采用例如图3所示的这样一种隔膜阀。该隔膜阀100具有本体110，该本体110内形成有第一流动通道111和第二流动通道112，所述流动通道具有侧向口，并在本体110的上表面内敞开。第二流动通道112与形成在阀座113内的阀口114连通。第一流动通道111与环绕阀座113的区域连通。在本体110的第一流动通道111和第二流动通道112中的每个流动通道的一端在其内敞开的上表面上放置有隔膜阀元件115。隔膜阀元件115的外周部分锚固成在第一流动通道111和第二流动通道112的开口附近形成气密空间。
隔膜阀元件115包括阀元件体117，该阀元件体117可与阀座113及从阀元件体117的侧表面延伸的膜(或隔膜)部分118接触或与它们脱离接触。形成在膜部分118的外周边缘处的环形固定部分119锚固在本体110和筒体120之间。在筒体120中，活塞杆121放置成可在垂直方向上滑动，并在其下端联接到隔膜阀元件115的阀元件体117上。盖122连接到筒体120的上部，而在盖122内安装有弹簧123，以向下推压活塞杆121。筒体120还形成有操作口125，通过该操作口125供应空气，从而克服弹簧123的推压力而对活塞杆121施加压力。
因此，在该隔膜阀100中，活塞杆121一直被弹簧123向下推压，从而使隔膜阀元件115的阀元件体117压靠在阀座113上以关闭阀。在通过本体110的操作口125供应压缩空气时，活塞杆121被从下方挤压，从而克服弹簧123的推压力而向上运动。因此，联接到活塞杆121的下端的阀元件体117也向上运动离开阀座113，从而使得第一路径111和第二路径112之间产生连通，从而阀处于打开状态。在通过操作口125排出供应的压缩空气时，被弹簧123推压的活塞杆121向下运动，从而阀再次返回到如图所示的关闭状态。
然而，以上隔膜阀具有耐用性的问题，这是因为，在隔膜弯曲时，应力可能集中在隔膜的膜部分上，具体而言，集中在与阀元件体连续的膜部分的根部。换言之，膜部分和阀元件体之间的边界部分趋于劣化，这带来了问题。为了避免这一问题，已经采用了各种针对隔膜阀的措施来防止应力集中在隔膜的膜部分上，具体而言，防止应力集中在与阀元件体连续的膜部分的根部上。
作为已经采用以上措施的隔膜阀中的一种隔膜阀，例如，存在JP-A-9-217845中公开的隔膜阀。该公开的隔膜阀包括隔膜，该隔膜包括中央阀元件、一体形成在该阀元件周围的环形薄膜部分、以及一体形成在该环形薄膜部分附近的筒形保持部分。该环形薄膜部分的截面形成为向上弯曲的形状，而内周根部几乎与阀元件的上表面垂直连续，外周根部几乎与筒形保持部分的内表面的上边缘垂直连续。
在阀打开/关闭操作期间，隔膜阀的以上结构仅使环形薄膜部分的弯曲部分弹性变形，并将内根部和外根部保持成基本垂直形式，以防止内根部部分和外根部部分受到弯曲应力，从而获得隔膜的改进的耐用性。
[专利文献1]JP-A-9-217845
发明内容
本发明要解决的问题
然而，以上隔膜阀的问题在于对高压流体(500kPa或更多)供应的控制。具体而言，应力趋向于集中在阀元件体和膜部分之间的边界(根部)上，导致快速劣化。这是因为这样的流体压力使得膜部分(环形薄膜部分)变形，从而阀元件体与膜部分之间的边界(根部)不能保持为大致垂直形式，这样就导致应力集中在阀元件体与膜部分之间的边界(根部)上。如上所述，以上隔膜阀不可能具有控制高压流体的供应所需的耐久性性质，从而不能控制高压流体的供应。
因此，例如，采用隔膜阀的一些半导体加工厂已经建成为高层建筑，在该高层建筑里存储在与第一层对应的地方处的化学溶液或液体必须供应到与任何更高层对应的另一地方。在作为这种化学液体供应阀使用的隔膜阀中，隔膜要受到高压(例如，约700kPa)作用。然而，上述的现有隔膜阀缺乏隔膜的足够耐用性，从而不能用作上述化学液体供应阀。
为了解决上述问题而已经做出了本发明，本发明的目的在于提供一种隔膜阀，该隔膜阀能够防止应力集中在位于阀元件体和隔膜的膜部分之间的边界上或集中在该边界周围，从而改进隔膜的耐用性。解决问题的手段
为了解决以上问题，根据本发明的隔膜阀布置成使得在形成于本体内的第一流动通道和第二流动通道之间的边界处形成有阀座，联接到致动器的驱动轴上的隔膜能进入/脱离与阀座的接触，从而在第一流动通道和第二流动通道之间关闭/打开，其中，该隔膜包括可运动成与阀座接触的阀元件体、从该阀元件体向外延伸的膜部分、以及形成在该膜部分的外周边缘处的固定部分，所述膜部分包括与阀元件体相连续的垂直形成的垂直部分、以及连接该垂直部分和所述固定部分的连接部分，而且所述垂直部分一直与该驱动轴接触。
以上隔膜阀的隔膜包括：可运动成与阀座接触的阀元件体；膜部分，该膜部分从所述阀元件体向外延伸；以及固定部分，所述固定部分形成在膜部分的外周边缘处，所述膜部分包括与阀元件体相连续的垂直形成的垂直部分、以及连接所述垂直部分和所述固定部分的连接部分。因此，在阀的打开/关闭操作中，所述隔膜的膜部分将通过仅使所述连接部分弹性变形且几乎不使所述垂直部分变形而弯曲，从而使得所述隔膜的所述阀元件体进入/脱离与所述阀座的接触。该隔膜阀能可靠地防止所述垂直部分、特别是在所述垂直部分和所述阀元件体之间的边界受到应力集中。
而且，在该隔膜阀中，所述垂直部分一直与所述致动器的所述驱动轴接触。因此，即使在向该隔膜阀供应高压流体时，所述垂直部分也由所述驱动轴支承，从而不会变形。因此，在所述垂直部分和所述阀元件体之间的边界上不会有应力集中。因此，根据该隔膜阀，可防止应力集中在所述垂直部分和所述阀元件体之间的边界上或集中在该边界周围，从而改进了甚至是在控制高压流体供应中的耐用性。
为了解决以上问题，本发明另一方面的隔膜布置成使得在形成于本体内的第一流动通道和第二流动通道之间的边界处形成有阀座，联接到致动器的驱动轴上的隔膜能进入/脱离与阀座的接触，从而在第一流动通道和第二流动通道之间关闭/打开，其中该隔膜包括可运动成与阀座接触的阀元件体、从该阀元件体向外延伸的膜部分、以及形成在该膜部分的外周边缘处的固定部分，而且所述膜部分包括与阀元件体相连续的垂直形成的垂直部分、与所述固定部分相连续的水平形成的水平部分、以及连接所述垂直部分和所述固定部分的连接部分。
在该隔膜阀中，所述隔膜包括：可运动成与所述阀座接触的阀元件体；膜部分，所述膜部分从所述阀元件体向外延伸；以及固定部分，所述固定部分形成在所述膜部分的外周边缘处，而且所述膜部分包括与所述阀元件体相连续的垂直形成的垂直部分、与所述固定部分相连续的水平形成的水平部分、以及截面呈圆弧形的连接所述垂直部分和所述固定部分的连接部分。因此，在阀的打开/关闭操作中，所述隔膜的膜部分将通过仅使所述连接部分弹性变形且几乎不使所述垂直部分变形而弯曲，从而使得所述隔膜的所述阀元件体进入/脱离与所述阀座的接触。该隔膜阀能可靠地防止所述垂直部分、特别是在所述垂直部分和所述阀元件体之间的边界受到应力集中。
而且，在该隔膜阀中，所述水平部分设置在所述膜部分周围，从而所述垂直部分接收沿所述隔膜的向内方向的力。因此，所述垂直部分一直与所述驱动轴接触，而不会沿所述隔膜的向外方向膨胀。而且，在该隔膜阀中，所述垂直部分一直与所述致动器的所述驱动轴接触。因此，即使在向该隔膜阀供应高压流体时，所述垂直部分也由所述驱动轴支承，从而不会变形。因此，在所述垂直部分和所述阀元件体之间的边界上不会有应力集中。因此，根据该隔膜阀，可防止应力集中在所述垂直部分和所述阀元件体之间的边界上或集中在其周围，从而改进了甚至是在控制高压流体供应中的耐用性。
在以上隔膜阀中，优选的是，所述隔膜构造成使得位于所述阀元件体和所述膜部分之间的边界位于所述阀座的直径内。
为了控制高压流体的供应，所述隔膜的膜厚度必须较大(约是传统装置的厚度的两倍)。然而，如果传统产品的形状保持不变而仅仅是膜厚增加，则隔膜阀元件不能正常操作。设计成具有以上形状的隔膜能提供长度较长的隔膜的膜部分，这使得所述膜部分的膜厚增加，从而可平稳变形。因此，所述隔膜即使在设计成具有增加了的厚度时也能正常操作。
在以上隔膜阀中，优选的是，所述驱动轴在它的端部处设有支承件，该支承件与所述隔膜联接，从而与所述垂直部分及所述连接部分接触以支承所述膜部分。
因此，所述隔膜的所述膜部分一直由所述支承件支承，不管所述隔膜的位置如何，该支承件都与所述隔膜一起操作。换言之，无论是在阀关闭状态或阀打开状态下，所述隔膜的所述膜部分都由支承件支承。即使是在使用高压流体的过程中，这也能防止所述隔膜的所述膜部分产生过度变形。即，能提高所述隔膜的耐用性。
[发明效果]
根据本发明的隔膜阀，所述隔膜的所述垂直部分一直与所述致动器的所述驱动轴接触，从而所述垂直部分由所述驱动轴支承，因而即使在供应高压流体时，也不会变形。因此在所述垂直部分和所述阀元件体之间的边界上没有应力集中。
因此，根据本发明的隔膜阀，可防止应力集中在所述垂直部分与所述阀元件体之间的边界上或集中在其周围，从而改进了隔膜甚至是在控制高压流体供应时的耐用性。
附图的简要说明
图1为隔膜阀的剖面图，示出阀打开状态。
图2为所述隔膜阀的剖面图，示出阀关闭状态。
图3为传统隔膜阀的剖面图。
附图标记说明
1隔膜阀
10本体
13阀座
20隔膜阀元件
21阀元件体
22膜部分
22a垂直部分
22b连接部分
22c水平部分
23固定部分
31b杆
40支承件
50致动器
实施本发明的最佳模式
现在将参照附图对本发明的隔膜阀的优选实施例进行详细描述。在本实施例中，本发明应用于化学液体供应阀。在图1和图2中示出了本发明的隔膜阀的示意性结构。图1为隔膜阀的剖面图，示出阀关闭状态。图2为隔膜阀的剖面图，示出阀打开状态。
隔膜阀1包括由碳氟树脂制成的本体10，在该本体10中形成有第一流动通道11和第二流动通道12。在本体10的上部的中心形成有阀座13。阀座13中的阀口14和第二流动通道12连通。形成在阀座13周围的环形凹槽15与第一流动通道11连通。因此，第一流动通道11和第二流动通道12都与本体10的上开口连通。该开口被隔膜阀元件20阻挡。特别地，隔膜阀元件20的外周边缘被固定，从而形成允许第一流动通道11和第二流动通道12之间连通的气密空间。
隔膜阀元件20包括：阀元件体21，该阀元件体21可运动进入和脱离与阀座13的接触；膜(或隔膜)部分22，该膜部分22从阀元件体21向外延伸；以及环形固定部分23，该环形固定部分23形成在膜部分22的外周边缘处。固定部分23牢固地锚固在本体10和稍后提及的第二筒体30b之间，从而将隔膜阀元件20保持在本体10中。这里，本体10仅与固定部分23的较厚部分接触，而第二筒体30b除了与固定部分23接触之外还与膜部分22的一部分接触。通过这一结构，面积在固定部分23和膜部分22之间有着较大变化的部分在使膜部分22变形的方向上受支承。应指出的是，隔膜阀元件20与本体10一样由碳氟树脂制成。
为了控制高压流体的供应，膜部分22设计成厚度约为传统产品的两倍。在本实施例中，所述膜部分22的厚度是0.9mm。然而，如果传统产品的形状保持不变而仅仅是膜厚增加，则隔膜阀元件不能正常操作。因此，在隔膜阀1中，膜部分22和阀元件体21之间的边界(根部)25定位在隔膜阀元件20的中心线(杆31b的轴线)L的附近。换言之，在中心线L、和位于膜部分22与阀元件体21之间的边界25之间的距离A确定为小于中心线L和阀座13之间的距离B，从而位于膜部分22和阀元件体21之间的边界25定位成比阀座13的位置更加靠近中心线L。这样，膜部分22能具有比传统的膜部分长的长度，从而厚度增加了的膜部分22能平稳变形。
而且，膜部分22包括：与阀元件体21相连续地垂直形成的垂直部分22a；与固定部分23相连续地水平形成的水平部分22c；以及截面呈(向上突出形状的)圆弧形状的连接部分22b，以连接垂直部分22a和水平部分22c。具体而言，膜部分22设计成具有如下横截面形状，该横截面形状在边界(根部)25处与阀元件体21的上表面垂直相连续，并从阀元件体21的上表面向上延伸并然后侧向延伸。垂直部分22a从而能接收沿隔膜阀元件20向内方向的力，从而垂直部分22a将不会在隔膜阀元件20的向外方向上膨胀，从而一直与以下将提到的支承件40(杆31b的起到驱动轴的一部分)的外表面接触。在图1所示的阀关闭状态下，形成在膜部分22的外周处的固定部分23定位成高于位于膜部分22和阀元件体21之间的边界25。
在隔膜阀元件20上方，放置有用于控制隔膜阀元件20的操作的致动器50；即，致动器50布置在本体10上。致动器50包括第一筒体30a、第二筒体30b、活塞31a、杆31b、盖32以及弹簧33。活塞31a可滑动地布置在第一筒体30a内，而杆31b可滑动地布置在第二筒体30b内。而且，活塞31a和杆31b彼此一体地联接。
杆31b在其下端联接到一体地装配在隔膜阀元件20的阀元件体21内的支承件40上。具体而言，杆31b通过支承件40而联接到隔膜阀元件20。就此而言，支承件40也是杆31b的一部分。
该支承件40还起到了将杆31b联接到阀元件体21上并支承隔膜阀元件20的膜部分22的垂直部分22b和连接部分22b的作用。该支承件40由树脂制成，并布置成可与隔膜阀元件20的阀元件体21一起上下运动。应指出的是，支承件40可在与膜部分22的接触表面上设有橡胶构件。
盖32连接到第一筒体30a的上开口，从而在第一筒体30a内形成安装有弹簧33的封闭空间。该弹簧33从上方推压活塞31a。因此，该隔膜阀1为常闭阀，其构造成使得弹簧33的推压力向下作用在活塞30a上，以使阀元件体21与阀座13接触，如图1所示。
另一方面，在活塞31a下方形成有压力腔室34，而在第一筒体30a内形成有操作口35，压缩空气通过该操作口35被供应至压力腔室34。盖32还形成有换气口36，该换气口36与形成在安装有弹簧33的活塞31a上方的空间连通。
以下将说明具有上述结构的隔膜阀1的操作。通常，在隔膜阀1中，活塞31a被弹簧33向下推压，从而将通过杆31b和支承件40而联接到活塞31a的隔膜阀元件20的阀元件体21压靠在阀座13上，如图1所示。在处于被隔膜阀元件20阻挡的这一阀关闭状态的隔膜阀1中，已经进入到第一流动通道11内的流体不能流动到第二流动通道12中，或者已经进入到第二流动通道12内的流体不能流动到第一流动通道11中。
在通过本体10的操作口35供应压缩空气时，活塞31a被从下面加压，从而克服弹簧33的推压力而向上运动。因此，通过杆31b和支承件40而联接到活塞31a上的阀元件体21向上运动。这样，阀元件体21脱离与阀座13的接触，从而进入阀打开状态，在该阀打开状态下，第一流动通道11和第二流动通道12相互连通，如图2所示。此时，流体在供应到第一流动通道11时被允许通过凹槽15和阀口14而流入第二流动通道12，并且相反地，流体在供应到第二流动通道12时被允许通过阀口14和凹槽15流入到第一流动通道11。
随后，在通过操作口35排出供应到压力腔室34的压缩空气时，被弹簧33推压的活塞31a向下运动。因此，通过杆31b和支承件40而联接到活塞31a上的阀元件体21向下运动。这样，如图1所示，阀元件体21恢复到与阀座13接触，进入阀关闭状态，从而阻挡流体的流动。
这里，在隔膜阀1中，一体地联接到阀元件体21上的支承件40可以与隔膜阀元件20一起上下运动。在阀打开和阀关闭时间，隔膜阀元件20的膜部分22的垂直部分22a一直与支承件40的外表面接触，如图1和图2所示。因此，在阀打开和关闭操作过程中，膜部分22能通过仅使连接部分22b弹性变形且几乎不使垂直部分22a变形而弯曲。因此，即使是在对隔膜阀1供应高压流体时，垂直部分22a也不变形。这使得能够防止在垂直部分22a和阀元件体21之间的边界25上产生应力集中。根据如上所述的隔膜阀1，即使在用来控制高压流体的供应时，也可防止垂直部分22a和阀元件体21之间的边界25上或其附近的应力集中，从而可以提高隔膜阀元件20的耐用性。因此，隔膜阀1能控制高压流体的供应。
如以上详细描述的那样，在本实施例的隔膜阀1中，在膜部分22的外边缘处形成有水平部分22c，因此，垂直部分22a接收沿隔膜阀元件20的向内方向的力。因此，垂直部分22a能保持一直与支承件40的外表面的接触，而不会沿着隔膜阀元件20的向外方向膨胀。因此，在该隔膜阀1中，即使在高压流体供应到隔膜阀1时，垂直部分22a也被支承件40支承而不变形。这使得能够防止应力集中在垂直部分22a和阀元件体21之间的边界25上，从而防止进一步的劣化。因此，根据该隔膜阀1，即使在用于控制高压流体的供应时，也可防止应力集中在垂直部分22a和阀元件体21之间的边界25上或集中在其周围，从而能提高隔膜阀元件20的耐用性。
以上实施例仅仅是例示，其不对本发明施加任何限制。在不偏离本发明的精神或实质特征的情况下，本发明可以通过其他具体形式来实现。例如，在以上实施例中，采用气缸作为致动器，来使得隔膜阀元件20克服弹簧33的推压力而进行阀打开操作。作为其可选方案，可以采用螺线管。

Claims (4)

1.一种隔膜阀，该隔膜阀布置成使得在形成于本体内的第一流动通道和第二流动通道之间的边界处形成有阀座，联接到致动器的驱动轴上的隔膜能进入/脱离与阀座的接触，从而在第一流动通道和第二流动通道之间关闭/打开，
其中该隔膜包括可运动成与阀座接触的阀元件体、从该阀元件体向外延伸的膜部分、以及形成在该膜部分的外周边缘处的固定部分，
所述膜部分包括与阀元件体相连续的垂直形成的垂直部分、以及连接该垂直部分和所述固定部分的连接部分，而且
所述垂直部分一直与该驱动轴接触。
2.一种隔膜阀，该隔膜阀布置成使得在形成于本体内的第一流动通道和第二流动通道之间的边界处形成有阀座，联接到致动器的驱动轴上的隔膜能进入/脱离与阀座的接触，从而在第一流动通道和第二流动通道之间关闭/打开，
其中该隔膜包括可运动成与阀座接触的阀元件体、从该阀元件体向外延伸的膜部分、以及形成在该膜部分的外周边缘处的固定部分，并且
所述膜部分包括与阀元件体相连续的垂直形成的垂直部分、与所述固定部分相连续的水平形成的水平部分、以及截面呈圆弧形的连接所述垂直部分和所述固定部分的连接部分。
3.根据权利要求1或2所述的隔膜阀，其中
所述隔膜构造成使得位于所述阀元件体和所述膜部分之间的边界位于所述阀座的直径内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的隔膜阀，其中所述驱动轴在它的端部处设有支承件，该支承件与所述隔膜联接，从而与所述垂直部分及所述连接部分接触以支承所述膜部分。
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